潜江市农田畜禽粪便的污染负荷及其预警分析

孙继成等

摘 要：对潜江市22个镇处（油田矿区）2012年生猪、牛、羊、家禽的养殖统计数据进行分析，估算畜禽粪便年产生量和以氮含量为标准的猪粪当量，在此基础上计算农田畜禽粪便负荷量，并对各镇处农田粪便承受程度进行了风险评价和预警分析。结果表明，潜江市2012年畜禽粪便年产生量达54.31万t；畜禽粪便农田平均负荷量17.01t/hm2·a；畜禽粪便已对6个镇处场构成Ⅱ级威胁、对1个镇处构成Ⅳ级威胁、对1个镇处构成Ⅵ级威胁，14个镇处场未构成威胁。

关键词：畜禽粪便；猪粪当量；农田负荷；预警分析；潜江市

中图分类号 S141 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2014）06-115-03

近年来，潜江市畜禽养殖业发展迅猛，畜禽养殖数量和规模显著增加，生猪出栏连续3a超过100万头，家禽出笼连续5a超过1 500万只。规模化畜禽养殖业的发展解决了畜产品的有效供给，带动了农村经济的快速发展，但畜禽养殖业产生的粪便污染问题对农村生态环境和农业可持续发展的影响也越来越大，畜禽粪便污染作为农业面源污染的主要组成部分已成为世界普遍关注的问题[1]。畜禽粪便一直作为农业生产的有机肥料直接还田使用，如果粪肥供给的养分超出了农作物达到目标产量所需，一方面不利于作物的生长，另一方面也增加了农业面源污染物的来源量，势必对农业环境造成严重威胁。

本文以2012年潜江统计年鉴数据为基数，参考国内相关科研成果[2-9]，结合潜江实际，对潜江市畜禽粪便农田负荷当量进行了科学评估，对环境风险进行了预警分析，旨在为建设资源节约型、环境友好型社会提供科学依据。

1 畜禽饲养及畜禽粪便的产生量

1.1 畜禽饲养情况 据潜江市统计年鉴资料，2012年潜江市生猪出栏107.24万头，肉牛出栏3.08头，肉羊出栏2.54万头，家禽出笼1 780.03万只，禽蛋产量3.46万t [2]，蛋禽按每只年产禽蛋15kg测算，畜禽养殖以养殖小区规模化养殖为主，占全市畜禽养殖95%以上。畜禽饲养分布情况详见表1。

1.2 畜禽粪便排泄系数 畜禽粪便排泄系数是指单个动物每天排出粪便的数量，它与动物的种类、品种、性别、生长期、喂养饲料及天气条件等诸多因素有关[5]。通过对全市养殖小区调查，参考国内同类研究成果[3-9]以及第一次全国污染源普查相关资料，确定生猪平均饲养期为180d，肉牛平均饲养周期为160d、羊和蛋禽饲养周期为1a（365d），肉禽平均饲养周期为55d。修正粪便污染物日排泄系数见表2，同时根据粪尿含N百分比，计算出猪粪当量换算系数如表2所示。

1.3 畜禽粪便污染物产生量估算 畜禽粪便（尿）年产生量采用以下公式计算[9]：

X=N×T×K （1）

其中X为年度粪尿产生量，N为饲养量，T为饲养周期，K为排泄系数。

根据公式（1）计算，2012年潜江市畜禽年产生粪量为54.31万t，尿量为67.08万t，粪尿合计121.39万t，详见表3。

2 畜禽粪便污染物负荷

2.1 畜禽粪便污染物负荷估算 畜禽粪便处理的主要出路是作为有机肥料直接还田，因此统计畜禽粪便负荷量应以农田耕地作为实际负荷面积。鉴于各类畜禽粪便养分含量变化较大，统一换算成猪粪当量进行估算。猪粪当量换算系数见表2所示。

以猪粪当量计算的畜禽粪便负荷量q的计算公式[8]为：

q=Q/S=∑XT/S （2）

其中：q为畜禽粪便以猪粪当量计的负荷量，单位为t/hm2·a；Q为各类畜禽粪尿相当猪粪总量，单位为t/a；S为有效耕地面积，单位为hm2；X为各地畜禽粪尿量，单位为t/a；T为各类畜禽粪尿换算成猪粪当量的换算系数。

根据公式（2）计算可得潜江市2012年畜禽粪便的负荷量q值见表4。

从表4可以看出，潜江市畜禽粪便平均负荷量为17.01t/hm2·a，高于全国耕地的畜禽粪便平均负荷4.19t/hm2·a[4]。根据刘培芳研究，猪粪当量以15～30t/hm2·a为宜[5]，说明潜江市畜禽粪便污染情况总体仍处于可控状态，但由于各镇处养殖状况、耕地面积不平衡，位于近郊的园林猪粪当量负荷高达112.8t/hm2·a，而边远地区、养殖规模小的熊口农场、猪粪当量仅为3.37t/hm2·a，两者相差33.5倍。其中负荷量在10t/hm2·a以下的镇处有5个，10～15t/hm2·a的镇处有3个，15～30t/hm2·a的镇处有12个，30t/hm2·a以上的镇处有2个。

2.2 畜禽粪便负荷预警分析 农田畜禽粪便负荷量的大小可以间接衡量当地畜禽饲养密度及畜禽养殖业布局的合理性[5]。为全面了解各地农田畜禽粪便负荷量是否过载及对环境是否构成潜在的污染威胁，对全市各镇处场畜禽粪便负荷量进行预警分析。根据上海市农业科学院环境科学研究所沈根祥等的研究成果，采用畜禽粪便猪粪当量负荷（q），同当地农田以猪粪当量计的有机肥理论最大适宜施用量（p）的比值（r）来间接表达各地畜禽粪便负荷量随程度，并根据r值的大小，将警报值分成Ⅵ级，见表5[8]。根据潜江市主要种植棉花、水稻、小麦、蔬菜等需肥量大的农作物和一年两熟的特点，参照有关文献[5，9]，从环境风险的角度考虑，以最高限量45t/hm2·a猪粪当量作为潜江市各镇处场农田畜禽粪便环境风险评价标准值。

预警分析结果（见表5）表明，潜江市14个镇处场的农田畜禽粪便负荷预警级别为Ⅰ级，对环境暂未构成威胁，已对6个镇处场构成Ⅱ级威胁、对1个镇处构成Ⅳ级威胁和对1个镇处构成Ⅵ级威胁。由此可以看出，潜江市30.7%的镇处场畜禽粪便负荷量已不同程度地超过了当地耕地消纳能力，对环境构成了威胁。

3 结论

（1）潜江市畜禽年产生粪量为54.31万t，尿量67.08万t，粪尿合计121.39万t，其中生猪和牛产生粪尿量之和占年产生量的84.8%，说明在畜禽粪便污染物治理过程中，应以生猪和牛粪便污染治理为主。

（2）潜江市畜禽粪便负荷量在3.37～112.81t/hm2·a，平均负荷量17.01t/hm2·a，高于全国耕地的畜禽粪便平均负荷4.19t/hm2·a。

（3）潜江市14个镇处场的农田畜禽粪便负荷预警级别为Ⅰ级，对环境暂未构成威胁，已对6个镇处场构成Ⅱ级威胁、对1个镇处构成Ⅳ级威胁和对1个镇处构成Ⅵ级威胁。

参考文献

[1]张绪美，董元华，王辉，等.中国畜禽养殖结构及其粪便N污染负荷特征分析[J].环境科学，2007，28（6）：1 311-1 318.

[2]潜江市统计局，国家统计局潜江调查队.潜江统计年鉴[M].2013.

[3]王方浩，马文奇，窦争霞，等.中国畜禽粪便产生量估算及环境效应[J].中国环境科学，2006，26（5）：614-617.

[4]高定，陈同斌，刘斌，等.我国畜禽养殖业粪便污染风险与控制策略[J].地理研究，2006，25（2）：311-319.

[5]刘培芳，陈振楼，许世远，等.长江三角洲城郊畜禽粪便的污染负荷及其防治对策[J].长江流域资源与环境，2002，11（2）：456-460.

[6]王晓燕，汪清平.北京市密云县耕地畜禽粪便负荷估算及风险评价[J].农村生态环境，2005，21（1）：30-34.

[7]段勇，张玉珍，李延凤，等.闽江流域畜禽粪便的污染负荷及其环境风险评价[J].生态与农村环境学报，2007，23（3）：288-291.

[8]沈根祥，汪雅谷，袁大伟.上海市郊农田畜禽粪便负荷量及其警报与分级[J].上海农业学报，1994，10：6-11.

[9]沈体忠，王业鹏，雷代英，等.武汉城市圈农田畜禽粪便负荷量估算与预警分析-以天门市为例[J].湖北农业科学，2009，2：134-136.

[10]国家环境保护总局自然生态保护司.全国规模化畜禽养殖业污染情况调查及防治对策[M].北京：中国环境科学出版社，2002.

（责编：张宏民）endprint